電源模塊是提供電源輸出的核心部件，它可以通過(guò)控制電源輸出電壓和電流的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)輸出。常見(jiàn)的電源模塊包括開(kāi)關(guān)電源和線性穩(wěn)壓電源。

　　電壓測(cè)量模塊用于準(zhǔn)確測(cè)量電源輸出的電壓，通常采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供給單片機(jī)進(jìn)行處理。

　　電流測(cè)量模塊用于準(zhǔn)確測(cè)量電源輸出的電流，常見(jiàn)的測(cè)量方法包括電阻法和霍爾效應(yīng)。

　　控制模塊通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的控制和調(diào)節(jié)。單片機(jī)根據(jù)測(cè)量到的電壓和電流信號(hào)，以及用戶設(shè)置的參數(shù)，通過(guò)控制電源模塊的工作狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)可編程功能。

　　最后，要詳細(xì)了解數(shù)字可編程變頻電源的使用說(shuō)明書(shū)和技術(shù)資料。了解設(shè)備的特性、功能和操作方法，以充分發(fā)揮設(shè)備的性能。如果不清楚操作或遇到問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系設(shè)備生產(chǎn)廠家或?qū)で髮?zhuān)業(yè)人士的幫助。

　　總結(jié)起來(lái)，正確、安全地使用數(shù)字可編程變頻電源需要我們關(guān)注輸入電源條件、了解輸出能力、正確連接設(shè)備、合理設(shè)置參數(shù)、隨時(shí)監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)、注意安全操作，并詳細(xì)了解設(shè)備的使用說(shuō)明和技術(shù)資料。只有這樣，我們才能確保數(shù)字可編程變頻電源的可靠運(yùn)行，并為我們的工業(yè)生產(chǎn)和研究工作提供穩(wěn)定的電力支持?？删幊屉娫词且环N能夠提供可調(diào)節(jié)電壓和電流輸出的電源系統(tǒng)，它在工程設(shè)計(jì)、科研實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。本文將介紹如何利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)可編程電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并討論相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

　　在查看可靠性時(shí)，一個(gè)常見(jiàn)的起點(diǎn)是確定在發(fā)生任何意外操作條件時(shí)，可以確保系統(tǒng)受到保護(hù)的保護(hù)級(jí)別。顯然，保險(xiǎn)絲是一種簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式，可以防止過(guò)流保護(hù)方案的短路情況。但是，我們必須擔(dān)心在短路情況下保險(xiǎn)絲熔斷后如何將該系統(tǒng)恢復(fù)到現(xiàn)場(chǎng)。操作停機(jī)時(shí)間很昂貴，而且在許多情況下是不可接受的。保險(xiǎn)絲只提供兩條信息：電流是否過(guò)高，以及系統(tǒng)電源總線是否已打開(kāi)。

　　主動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)電流的電路可以非常精確地檢測(cè)是否存在超出范圍的情況，并允許調(diào)整操作性能，以在不犧牲可靠性的情況下實(shí)現(xiàn)在全功率預(yù)算下的安全操作。

　　INA199分流監(jiān)控器是該功能的常用構(gòu)建塊，因?yàn)樗挠∷㈦娐钒?(PCB) 占位面積小、精度高，以及集成的匹配增益設(shè)置電阻器。

　　INA199系列電壓輸出、電流分流監(jiān)測(cè)器(也稱(chēng)為電流檢測(cè)放大器)通常用于過(guò)電流保護(hù)、用于系統(tǒng)優(yōu)化的精密電流測(cè)量或閉環(huán)反饋電路。這一系列的設(shè)備可以在共模電壓從-0.3 V到26 V的情況下感應(yīng)并聯(lián)電阻器上的壓降，與電源電壓無(wú)關(guān)。有三種固定增益可用：50 V/V、100 V/V和200 V/V。零漂結(jié)構(gòu)的低偏移使電流感應(yīng)在分流器上的最大壓降低至10 mV滿標(biāo)度。這些設(shè)備在單個(gè)2.7-V至26-V電源下工作，最大可消耗100μa的電源電流。所有版本的規(guī)定溫度為-40°C至125°C，并以SC70-6和薄UQFN-10封裝提供。

　　●特征

　　■寬共模范圍：–0.3 V至26 V

　　■偏移電壓：±150μV(最大值)(可使分路壓降達(dá)到10 mV滿量程)

　　■準(zhǔn)確度：

　　▲–增益誤差(最大超溫)：

　　▲–±1%(C版)

　　▲–±1.5%(A型和B型)

　　▲–0.5-μV/°C偏移漂移(最大值)

　　▲–10 ppm/°C增益漂移(最大)增益選擇：

　　▲–INA199x1:50 V/V

　　▲–INA199x2:100 V/V

　　輸出被導(dǎo)向一個(gè)比較器，該比較器具有一個(gè)固定閾值，該閾值對(duì)應(yīng)于功能塊想要檢測(cè)的電流電平。

　　典型應(yīng)用中的 INA199 分流監(jiān)控器

　　比較器輸出可以直接控制電路以打開(kāi)電源總線，或者允許微控制器調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能并在允許的功率預(yù)算內(nèi)繼續(xù)運(yùn)行，或者完全關(guān)閉系統(tǒng)。對(duì)于嚴(yán)重故障，這種關(guān)閉功能對(duì)于防止超出范圍的情況損壞系統(tǒng)組件非常重要。

　　該電路的限流閾值由施加到比較器同相輸入端的參考電壓設(shè)置。該電壓電平直接對(duì)應(yīng)于INA199測(cè)量的電流電平。使用分壓器，我們可以使用公式 1 計(jì)算參考電壓：

　　限制參考電壓 = 電流限制 (A) * 分流電阻 (Ω) * 放大器增益 (V/V) (1)

　　INA300是一款專(zhuān)門(mén)的電流感應(yīng)比較器，它通過(guò)將電流感應(yīng)放大器和比較器集成到一個(gè)器件中，以稍微不同的方式實(shí)現(xiàn)相同的功能。圖 2 顯示了該比較器的典型應(yīng)用。該方法與前面使用INA199的示例相同，因?yàn)镮NA300使用單個(gè)外部電阻器設(shè)置了閾值限制，該電阻器對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的電流限制。

　　INA300電流感應(yīng)比較器框圖

　　限制引腳上存在一個(gè)內(nèi)部 20μA 電流源，該電流源根據(jù)連接到該引腳的 R LIMIT電阻器的值為比較器創(chuàng)建參考電壓。該電壓被設(shè)置為等于在限流電平下分流電阻器上產(chǎn)生的電壓。公式 2 計(jì)算 R LIMIT電阻值：

　　(2)

　　我希望我們現(xiàn)在熟悉INA199和INA300器件如何更有效地檢測(cè)和處理過(guò)流事件。

　　DC/DC電源電路具有功耗低，功率高的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)由于DC/DC電路轉(zhuǎn)換通過(guò)開(kāi)關(guān)方式完成，造成不可避免的噪聲引入，具體為電源電路的紋波和噪聲。

　　1.

　　開(kāi)關(guān)電源(包括AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、AC/DC模塊和DC/DC模塊)與線性電源相比較，最突出的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高，一般可達(dá)80%～85%，高的可達(dá)90%～97%;

　　其次，開(kāi)關(guān)電源采用高頻變壓器替代了笨重的工頻變壓器，不僅重量減輕，體積也減小了，因此應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。

　　但開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)是由于其開(kāi)關(guān)管工作于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，輸出的紋波和噪聲電壓較大，一般為輸出電壓的1%左右(低的為輸出電壓的0.5%左右)，最好產(chǎn)品的紋波和噪聲電壓也有幾十mV;

　　而線性電源的調(diào)整管工作于線性狀態(tài)，無(wú)紋波電壓，輸出的噪聲電壓也較小，其單位是μV。

　　2. 紋波和噪聲

　　噪聲：

　　定義：

　　紋波(Ripple)：是指電源輸出中由于電壓的周期性變化而引起的波動(dòng)。通常用來(lái)描述電源輸出波形中的周期性變化，特別是在直流電源中，輸出電壓不是完全平穩(wěn)的，存在一定的周期性波動(dòng)。

　　電源波動(dòng)中的低頻成分，一般低于5MHz，產(chǎn)生原因?yàn)镸OSFET的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

　　噪聲(Noise)：是非期望的、隨機(jī)的電信號(hào)，包含了在系統(tǒng)中引入的各種干擾和隨機(jī)變化。噪聲可以是來(lái)自電子元件、電路、外部環(huán)境等的不穩(wěn)定性引起的。

　　電源波動(dòng)中的高頻成分，一般高于5MHz，且成分較復(fù)雜，一般包括MOSFET的開(kāi)關(guān)噪聲、白噪聲，以及周?chē)盘?hào)的干擾等。

　　產(chǎn)生原因：

　　紋波：主要由于電源設(shè)計(jì)、開(kāi)關(guān)操作、電感電容元件等因素引起的電壓波動(dòng)。

　　噪聲：可以來(lái)自于電子元件的內(nèi)部熱噪聲、環(huán)境干擾、電磁干擾等多種因素。

　　周期性：

　　紋波：具有明顯的周期性，是在電源輸出中出現(xiàn)的規(guī)律性波動(dòng)。